用于三维温度梯度的多信道热电偶补偿的制作方法

用于三维温度梯度的多信道热电偶补偿的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于三维温度梯度的多信道热电偶补偿，具体提供了一种使用热电偶的方法。所述方法包括但不限于：在被适配成接收热电偶信号的电连接器的两个或更多个单独部分的每个部分上设置至少一个温度传感器；测量所述两个或更多个部分的温度；并且基于具有所设置的温度传感器的所述两个或更多个单独部分的测得的温度值来计算所述电连接器的每个端子的温度。所述方法还包括但不限于：基于所述端子的测得的温度值或算得的温度值或它们的组合来计算输送所述热电偶信号的至少一个热电偶信道的端子的冷端温度。
【专利说明】用于三维温度梯度的多信道热电偶补偿

【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及温度测量和热电偶设备的【技术领域】。更具体地讲，本发明涉及一种有效确定多信道端子配置中的热电偶冷端温度的新型技术。

【背景技术】
[0002]热电偶是用于测量温度的设备并且是多种可用的通用温度传感器之一。这些温度传感器或转换器通常粗糙且较为廉价，并且可以由各种金属构造成。热电偶可以用于在各种应用和环境下测量较宽的温度范围(例如，-200°C至2600°C )。一般而言，热电偶依据的原理是当沿着导体的长度存在温度梯度时就存在电势。
[0003]热电偶是这样形成的:将不同金属的两个导体或线接合起来以形成两条线的结，被称为测量结(或感测结等)。虽然几乎任何两种类型的金属都可以用于制作热电偶线，但是使用了多个标准类型，因为它们具有可预测的输出电压并且可以应对很大的温度梯度。根据美国国家标准协会(ANSI)的规定，几种可用的热电偶可以通过表示它们的成分的大写字母来指定。例如，J型热电偶具有一个铁导体和一个康铜(铜镍合金)导体。
[0004]热电偶测量结可以包裹在传感器探针内，例如，将探针定位在温度测量点(即，温度源)处。原理上讲，当测量结的温度随着温度源的变化而变化时，在测量结与两条线的相反自由端之间(沿着线)形成温度梯度。有利地，产生的可预测的热电电压为这个温度梯度的函数。通过考虑两种不同金属线的成分，这样产生的热电电压(有时候称为“塞贝克”电压)可以与沿着线的温度梯度关联上。这个温度梯度与参考结或“冷”端温度相加以获得待测源的温度。热电偶测量通常需要感测或确定热电偶线连接到电压测量系统的参考温度(冷端温度)。
[0005]在构造上，热电偶线的两个自由端可以连接到电压测量仪器(例如，模拟到数字式仪表、电压表、控制仪器、温度控制模块等)来测量热电电压。通过使用电连接器来完成这两条线到电压测量仪器的连接。电连接器是使用机械组件作为接口来连接电路的机电式器件。使用电连接器形成的连接可以是临时的，就便携式设备而言，需要组装和拆除的工具，或者充当两条线或设备之间的永久式电气接头。有成百上千中电连接器，包括以下器件，例如，接线块、接线柱、压接式连接器、绝缘刺破式连接器、插头和插座连接器、刀形连接器以及圆形和叉形端子。有时候电连接器分成两个部分，每个部分与有待彼此连接的两条线或器件之一连接上。有时候电连接器的两个部分形成凸/凹配置。
[0006]当热电偶线的两个自由端连接到电压测量仪器(例如，模拟到数字式仪表、电压计、控制仪器、温度控制模块等)以测量热电电压时，热电偶线的两个自由端通过使用例如接线块的连接器连接到电压测量仪器，并且形成热电偶线的第二结，被称为参考结(或冷端)。这两条线在连接器的连接形成线的第二结，被称为参考结(或冷端)。术语“冷端”来自使这个冷端在冰浴中保持零摄氏度的传统实践。然而，维持冰浴对大部分测量应用而言并不实际。因此，测量并记录热电偶线到测量仪器的连接点的实际温度。如上所述，冷端形成在将热电偶线的两个自由端连接到电压测量仪器的电连接器上。有时候，电连接器，并且因此冷端是单件，比如像接线块，并且其他时候，电连接器和冷端可以分成两件或更多件或者两个部分或更多部分，每个部分与有待彼此连接的两条线或器件之一连接上。
[0007]通常，冷端温度可以通过热敏电阻器或例如半导体温度传感器之类的其他温度传感器或器件来感测，这些器件与测量仪器的输入连接器处于较好的热接触状态。再者，这个第二温度读数(冷端温度)被测量仪器用于计算热电偶尖端(测量结)的真实温度。
[0008]总而言之，为了确定两条线的测量结处的源(S卩，组件、过程、系统、设备等)的测量温度，基于测得的电压计算的温度梯度与电压测量仪器或接线块的冷端温度(例如，使用热敏电阻器测得的)相加。因此，在操作中，热电偶通过产生与测量点和两种不同金属的冷端之间的温度差成正比的电压(例如，毫伏)来测量温度。对于温度的较小变化，电压基本上与温度差成线性正比。对于较大的温度变化，这种关系可能变成非线性的。
[0009]在精确温度测量的不断增加的要求苛刻的应用中，并且降低成本的要求同样苛亥|J，冷端温度测量可能存在问题。在各种配置中，冷端温度的测量误差给出源温度的测量误差。通常精确但昂贵的技术是使用附接到每个端子上或者包括两个端子的信道上的高精度热敏电阻器。较为廉价但也不太精确的方案是单个集成电路传感器。具有多个部分的电连接器存在特定的问题。例如，电连接器可以具有:第一部分，连接到包装在壳体内的电路板，并且第一部分的一部分可以甚至从电路板延伸并且到达壳体的外部；以及第二部分，其与第一部分分隔开，并且可以连接到壳体外部的第一部分并且离开电路板。
[0010]在电连接器的两个部分上会存在较为明显的温度梯度，这两个部分包括连接到壳体内的电路板并且在壳体内的部件之间的第一部分以及停留在壳体外部的大气中的第二部分。因此，需要高性价比且精确地测量在具有多个部分的电连接器中的冷端温度。


【发明内容】

[0011]本发明由以下权利要求书限定，并且这部分的任何内容都不应当被当作是对这些权利要求的限制。
[0012]在一个方面，提供了一种使用热电偶的方法。所述方法包括但不限于:在被适配成接收热电偶信号的电连接器的两个或更多个单独部分中的每个部分上设置至少一个温度传感器；测量所述两个或更多个部分的温度；并且基于具有所设置的温度传感器的所述两个或更多个单独部分的测得的温度值来计算所述电连接器的每个端子的温度。所述方法还包括但不限于:基于所述端子的测得的温度值或算得的温度值或它们的组合来计算输送所述热电偶信号的至少一个热电偶信道的端子的冷端温度。
[0013]在一个方面，提供了一种测量源的参考性能的方法。所述方法包括但不限于:在被适配成接收来自所述源的测量信号的电连接器的两个或更多个单独部分中的每个部分上设置至少一个测量设备；测量所述两个或更多个部分的参考性能；基于具有所设置的测量设备的所述两个或更多个单独部分的测得的参考性能值来计算所述电连接器的每个端子的参考性能。所述方法还包括但不限于:基于所述端子的测得的参考性能值或算得的参考性能值或它们的组合来计算输送所述测量信号的至少一个信道的端子的整体参考性能。
[0014]在一个方面，提供了一种测量源的温度的设备。所述设备包括但不限于:将被定位在所述源处并且经由第一线和第二线与参考结连接上的热电偶测量结以及在所述参考结的电连接器。所述电连接器包括第一部分和第二部分。所述第一部分与所述参考结连接，并且所述第二部分与所述第一部分可拆除地连接。所述设备还包括但不限于:至少一个温度传感器，其设置在被适配成接收热电偶信号的所述电连接器的两个部分中的每个部分上。两个或更多个部分的温度能够通过使用所述温度传感器进行测量。所述电连接器的每个端子的温度能够基于所述两个温度传感器的测得的温度值进行计算。基于所述端子的测得的温度值或算得的温度值或它们的组合能够计算输送所述热电偶信号的至少一个热电偶信道的端子的冷端温度。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]参照以下附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的元件未必按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理。
[0016]图1A至图1D示出了根据本发明的一个实施例的用于至少一个热电偶的电连接器的多个平面图。
[0017]图1E示出了根据本发明的一个实施例的安装在电路板上的电连接器的第一部分。
[0018]图2示出了根据本发明的一个实施例的示例性电路板的简化透视图，所述电路板合并安装在壳体内的图1E的电连接器的第一部分以及在壳体的外部并且与第一部分连接的电连接器的第二部分。
[0019]图3示出了根据本发明的一个实施例的具有两种不同金属的结的示例性热电偶的图解表不。
[0020]图4示出了根据本发明的一个实施例的具有图3的热电偶、接线块和电压表的热电偶系统的图解表不。
[0021]图5示出了根据本发明的一个实施例的用于热电偶的接线板或接线块的图解表
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[0022]图6示出了根据本发明的一个实施例的用于计算热电偶的测量温度的方法的方框图。

【具体实施方式】
[0023]本发明利用了以下发现:通过在被适配成接收热电偶信号的电连接器的两个或更多个对应部分中的每一个部分上设置至少一个温度传感器，然后使用温度传感器测量每个部分的温度，可以以可靠且高性价比的方式计算输送热电偶信号的至少一个热电偶信道的电连接器的冷端温度。
[0024]参见图1A至图1E和图2，示出了示例性的多信道(mult1-channel)或多排(mult1-tier)电连接器10。电连接器10是使用机械组件作为接口来连接电路的机电式器件。使用电连接器10形成的连接可以是临时的，就便携式设备而言，需要组装和拆除的工具，或者充当两条线或设备之间的永久式电气接头。存在成百上千种电连接器10，包括以下器件，例如，接线块、接线柱、压接式连接器、绝缘刺破式连接器、插头和插座连接器、刀形连接器以及圆形和叉形端子。在一个实施例中，电连接器10分成两个部分，第一部分11和第二部分13。优选地，每个部分11和13与有待彼此连接的线或器件之一连接。优选地，电连接器10的两个部分11和13形成凸/凹配置。
[0025]参照图2，优选地，电连接器10具有多行(row) 12或多排14端子或电连接器18。在每个排12、14上有通常用附图标记18表示的端子或连接器，对于单个输入设备，例如，热电偶，每个信道通常有两个端子。例如,端子#0和#1用于信道I,端子#2和#3用于信道2，如此等等。优选地，如果电连接器具有两个部分11和13，那么第一部分11具有与形成在第二部分13上的互补的排12〃和14〃接合并且/或者匹配的排12’和14’，并且排12’和14’包括与形成在第二部分13上的端子16〃接合并且/或者匹配的端子16’。
[0026]例如线26和28的引入线可以进入第二部分13的壳体20，该壳体容纳互补的排12〃和14〃。然后每条引入线被夹紧到或固定到端子16〃上。多个输入线可以源自各种设备并且输入到电连接器10。在此实例中，两个图示的线用于热电偶24。如以下所述，热电偶24 —般具有两种不同金属线26和28，并且可以在两种线26和28的测量结32处采用保护套或探针30。热电偶24的尖端(已知为热电偶测量结)可以包装在被定位在源34的传感器探针30内以测量源34的温度。
[0027]引入线进入电连接器10，并且特别地在开口 23处进入第二部分13的壳体20。优选地，温度传感器25位于与第二部分的壳体20相邻，并且优选地在该壳体上,并且最优选地在该壳体内，以便测量第二部分13的温度。在一个实施例中，温度传感器25位于电路板27上，引入线26和28在该电路板上经过、靠近该电路板或穿过该电路板。优选地，温度传感器25位于引入线26和28的附近，以便精确地测量引入线26和28在电连接器10的第二部分13处的连接点的温度。优选地，温度传感器25位于引入线26和28与连接器端子14”和16”连接的位置(冷端所在位置)附近，以便精确地测量冷端温度。优选地，传感器25连接到连接器端子或一对连接器端子，以便从传感器25输出信号到控制器，该控制器优选地位于电路板37上。
[0028]在一个实施例中，引入线26和28是在开口 23处进入电连接器10的第二部分13的热电偶线26和28。两条线26和28的参考结或冷端形成在电连接器10处，更具体地，形成在第二部分13的连接器端子14”和16”与热电偶线26和28接合并且/或者匹配的点处。第一部分11可以部分地或几乎全部被容纳在包括电路板37的壳体35中，该电路板具有电路39，该电路优选地用于帮助确定在热电偶24处测得的温度，并且将例如在热电偶24处测得的温度的信息发送到其他设备，例如其他的机械设备或过程控制器。第二部分13可以部分地或全部容纳在壳体35外部。由于壳体35外部的环境可能不同于壳体内的环境，在壳体35内并且因此在第一部分11的端子16’处的第一温度与壳体35外部的第二温度大为不同。
[0029]因此，为了确定在具有两个或更多个部分的电连接器10处终止的一对热电偶线26和28的冷端温度，第二温度传感器41并且优选地第三温度传感器43位于壳体35内。优选地，第二和第三温度传感器41和43安装在第一部分11的端子16’的旁边。在一个实施例中，如图2所示，第二和第三温度传感器41和43在电路板37上安装在第一部分11的端子16’的芳边。
[0030]模拟输出或数字输出可以优选地在使端子16’连接到电路板37的接口端子处离开电连接器10从电连接器10的第一部分11进入电路板37。优选地，模拟输出或数字输出可以离开电连接器10从第一部分11进入控制系统或如下所述的电子设备。在一个实施例中，控制系统或设备位于电路板37上，并且在另一个实施例中，控制系统或设备位于远离电路板37。应当指出的是，电连接器10仅仅是作为一个实例，并且可以在本技术中采用具有位于壳体35内的第一部分11以及至少部分地位于壳体35外部的第二部分13的各种电连接器10。对于图示的实施例，多排电连接器10的第一部分11的底部38可以安装在电子基板上，例如电路板37 (例如，经由插脚或接口端子16’’’)、仪器总线、输出/输出设备、其他温度模块组件等等。此外，端子16和排12和14可以提供不同的功能，例如，电源连接、输入/输出、合结(co-junction)连接、机壳接地等等。
[0031]可以单独采用多排电连接器10作为热电偶系统的一部分，或者与被设计成配置在开放标准的工业总线上的机器监控和保护系统结合采用多排电连接器10，等等。电连接器10可以是智能多信道温度监控器的一部分，例如，套件。另外，电连接器10可以被配置用于电阻温度检测器(RTD)、绝缘热电偶、接地热电偶等等。在某些应用中，电连接器10可以集成在标准工业总线系统中，例如，设备网(Device Net)。在其他应用中，模块的各信道可以配备有标准的4毫安至20毫安的输出。此外，需要积分继电器的应用可以经由例如模块联接和扩展继电器模块来适应。总而言之，作为温度模块的一部分的电连接器10可以单独工作，而没有连接到更高层次的控制系统或交互式用户界面的接口，或者作为温度模块的一部分的电连接器10可以配置在标准的或专用的设备网网络上，例如，其中作为温度模块的一部分的电连接器10可以提供实时数据和信息到其他模块、可编程的逻辑控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)、条件监测系统等等。例如，可以经由设备网网络远程地形成配置，或者通过连接到温度模块上的积分串行接口的个人计算机在本地形成配置。对于本地配置，串行配置应用可以装有继电器模块。
[0032]通常需要电连接器10的温度(冷端温度)来计算热电偶24所测得的源34的温度。在不太苛刻的应用中，假设接线块10在实质上等温条件下工作，单个温度传感器，比如说热敏电阻器或半导体温度传感器，可以定位在电连接器10上的任何位置处，以提供单个温度值给整个电连接器10。然而，在越来越普遍要求苛刻的应用中，需要在每个端子16或每对端子16’和16〃处进行较为精确(并且精准)的温度测量。实际上，如果每排12、14或每部分11和13仅仅使用一个热电偶24，那么电连接器10尤其是沿着可以让多个信道穿过的排12和14并且在电连接器10的多个部分11和13之间的非等温效应常常显著到足以对各种源34的温度测量造成误差。一般而言，沿着电连接器10的宽度42、长度44或高度46可能存在温度差。因此，虽然这是一种昂贵的选项，但可以在每个端子16安装例如热敏电阻器之类的温度传感器以提供精确的参考结温度或冷端温度。这种昂贵的选项可以避免在测量冷端温度时出现误差，并且因此避免来自热电偶尖端(测量结)的测得的温度的相关误差。较为廉价的选项是在电连接器10的每个部分11和13安装温度传感器，也就是说，沿着电连接器10的高度46的多个位置安装温度传感器，并且优选地，在沿着电连接器10的长度44的多个位置安装温度传感器。在一个实施例中，可以在沿着电连接器10的宽度42的多个位置安装温度传感器。通过在沿着电连接器10的高度46、长度44和/或宽度42的多个位置安装的温度传感器之间使用内推法，可以精确地确定电连接器10内的每个端子16的冷端温度。优选地，沿着电连接器10的高度46、长度44和/或宽度42，并且优选地沿着每个排12和14，在电连接器10内的排12、14的每个端附近或每个端处安装温度传感器。
[0033]图2是合并图1A至图1E的多排电连接器10的示例性温度模块48的简化透视图。例如，示例性的温度模块48可以代表由LAM Research CorporationCFremont, CA.)制造的LTC24温度模块。然而，应当显而易见的是，在本技术内可以利用各种各样的电连接器10、输入/输出设备等等。另外，本技术可以应用于除需要端子或端点的参考性能(例如，温度、压力、流量等)的热电偶(例如，电阻温度检测器、差压装置等)之外的各种测量设备。
[0034]在示例性的温度模块48中，电连接器10可以耦接到输入/输出模块或电路39上，该输入/输出模块或电路可以包括执行与给定应用有关的特定功能所需的总线接口和电路。电连接器10 (例如，图1的电连接器)可以安装在基本单元(未示出)或电路板37上，或者可以与基本单元(未示出)或电路板37集成一体，该基本单元或电路板还可以包括输入/输出模块或电路39。电连接器10和电路板37还可以在示例性模块48内容纳用于热电偶、毫伏输入等的端子布线。端子16’’’可以被提供用于与电路板37通信和/或连接。电路板37可以包括各种组件和设备。此外，基本单元(未示出)或电路板37可以包括插槽和/或锁定凸块，以适应将基本单元(未示出)或电路板37在德国标准化学会(“DIN”)导轨或其他设备和连接上固定并且/或者锁定在位。端子基本单元或电路板37可以采用例如RJ45的连接器60。在图示的实施例中，连接器60是凹形RJ45连接器。然而，应当显而易见的是，还可以包括凸形连接器。并且各种连接器可以定向在沿着端子基本单元或电路板37的不同位置。
[0035]在一个实施例中，第一和第二温度传感器25和41,优选为热敏电阻器,设置在电连接器10的两个或更多个部分11和13上，该电连接器优选地被适配成接收从热电偶24经由线26和28传输的测量信号(即，热电偶信号)。优选地，第三温度传感器43设置在第二温度传感器41的旁边，这两个温度传感器都在第一部分的排12’的旁边，并且优选地在该排的每个端上。采用温度传感器25、41和43来测量电连接器10内三个不同点的冷端温度:沿着电连接器10的长度44在不同位置的两个点(由传感器41和43来测量)，以及沿着电连接器10的高度46在不同位置的两个点(由传感器41或43和传感器25的任一个来测量)。优选地，传感器41和43分别被定位在端子16’(编号7和O)的旁边。当然，可以采用多于三个的温度传感器，并且可以测量在多个端子16’和16〃的温度。优选地，如果温度传感器是热敏电阻器，那么各热敏电阻器的电阻元件与夹具或其他设备连接以测量端子16内与夹具或其他设备接合的热电偶线的温度。
[0036]温度模块48可以利用此前讨论的特征。例如，模块48可以被配置为测量RTD或绝缘热电偶中的任一个，或者被专门设计用于热电偶测量、绝缘或接地。对于无法经由总线(例如，设备网)直接集成温度模块48的应用，模块可以为每个信道提供4毫安至20毫安的输出。温度模块48可以单独工作，而没有连接到更高层次的控制系统或交互式用户界面的接口，或者温度模块48还可以配置在标准的或专用的设备网网络上，其中温度模块48可以提供实时数据和状态信息到其他温度模块、PLC、DCS和条件监控系统。如此前所述，可以经由网络远程地形成配置，或者通过连接到积分串行接口的个人计算机在本地形成配置。再者，电连接器10上的端子16可以用于电源连接、冷端连接、机壳接地、输入/输出布线、输出/输出共用等。另外，温度模块48可以采用菊花链的方式连接到额外的模块上。
[0037]图3图示了图1中示出的示例性热电偶24的基本构思。当线26和28内的两种不同金属(金属A和金属B)之间的结32分别受热或冷却时，产生了作为结32的温度Tm70的函数的开路电压72 (也被称为塞贝克(Seebeck)电压72)。在图示的实施例中，正测量(热或冷)源34的温度。对于较为贴近源34的测量结32 (或探针尖端)，温度TM70应当实质上与源34的温度相同。图示的源34可以代表有待测量温度的任何热源、环境源或冷源。此夕卜，虽然几乎任何两种类型的金属都可以用于制作热电偶线，但是使用了多个标准类型，因为它们具有可预测的输出电压并且可以应对很大的温度梯度。例如，对于K型热电偶，这是一种通用热电偶，一条线26包含镍-铬金属，并且另一条线28包含镍-铝金属。可以生成标准表格来表示热电偶在任何给定温度产生的电压。在K型热电偶中，例如，在300°C产生的电压是12.2毫伏。在此实例中，为了测量电压，线26和28的末端74和76分别连接到图1的端子8和9。电压72可以被转化成结32的温度Tm70，该温度表示有待测量的源34的温度。电压72随着感测结或测量结32的温度变化而变化。因此，两种不同金属26和28之间的塞贝克电压72 (或开路电压72)用于计算测得的温度Tm。例如，两种不同金属(金属A和金属B)可以包装在探针壁内。热电偶可得自裸线“死”热电偶，例如，这种热电偶提供低成本和很快的响应时间，或者热电偶可以内置在探针中。可以使用多种多样的探针，并且这些探针可以适于不同的测量应用(工业、科学、食品温度、医学研究等)。用于探针的通用型连接器是标准的圆插脚和微型扁插脚。
[0038]因此，总而言之，热电偶通过产生与两种不同金属的结之间的温度差成正比的毫伏信号来测量温度。一个结通常包装在测量点处的传感器探针内，并且另一个结连接到测量仪器或控制仪器。由于环境温度在测量仪器所处(通常是冷端)的现场或控制室中发生变化，热电偶产生的实际毫伏信号会因此波动，从而导致“冷端误差”。理解冷端补偿很重要，因为测量冷端的误差会在热电偶尖端(测量结)的测量温度中导致误差。测量仪器还应当考虑这样的事实:热电偶输出在较宽的测量温度范围内通常是非线性的。例如，根据热电偶的类型，温度与输出电压之间的关系可以是复杂的多项式方程。可以将多项式的系数做成表用于不同种类的热电偶，以适应电压和温度关系的非线性行为。
[0039]图4示出了具有热电偶24的热电偶组件80，该热电偶具有与接线块82连接的线26和28，该接线块具有端子84和86。两个端子84和86形成用于热电偶24的单个信道。端子84和86的温度是计算测量温度70所需的冷端(参考)温度。热敏电阻器88和90 (其电阻是温度的函数)提供了一种方式来测量参考结(冷端)的绝对温度。分别示出了端子I
(84)和2 (86)处的温度92和94。对于较窄的温度范围，可以采用多种其他的温度传感器，例如，二极管或晶体管结、热敏电阻器、正或负温度系数电阻器等。接线块82经由引线98和100连接到电压计96，这两条引线在连接102和104处连接到电压表96。电压表测量电压106以最终给出塞贝克电压72，从而给出测量温度70。
[0040]图5是表示具有端子112’和信道114的电连接器的第一部分内的接线板或接线排110’的图示。接线板或接线排110’被图示为具有可以连续或终止的末端116和118。在图示的实施例中，温度传感器安装在端子1、6和12上以分别提供温度T1120、T2122和T3124。在此实例中，温度传感器没有安装在12个端子的剩余部分。相反，剩余端子2、3、4、
5、7、8、9、10和11的温度值根据测量温度值120、122和124进行内插得出。因此，例如，通过求端子I的测量温度值与端子2的内插温度值的平均值来确定信道I的冷端温度。作为另一个实例，对于信道2的冷端温度，求端子3和4的温度的内插值的平均值。因此，在此实例中，仅仅使用设置在接线板或排110上的两个或三个温度传感器就可以精确地确定所有六个信道的冷端温度，从而避免了在每个端子利用热敏电阻器或其他的温度传感器的可能需要额外的九个热敏电阻器的成本。优选地，第二接线板或排110"位于具有端子112"和信道114的电连接器的第二部分内。接线板或排110〃被图示为具有末端117和119并且末端117和119可以连续或停止。在图示的实施例中，至少一个额外的温度传感器安装在第二接线板或排110〃上或其附近以提供温度T4125。然后可以在头三个温度T1-T3与第三温度之间进行额外地插值，以便更加精确地确定由端子对112’和112〃组成的各端子的冷端温度。
[0041 ] 这种技术可以在多种电连接器上采用。在此实例中，在接线块的单排上连续布置热电偶输入信道，并且因此沿单轴下降。因为它们沿着单轴布置，并且因为两端的总距离较小(例如，小于三英寸)，所以根据环境的不同，端子的温度曲线应当具有主要的四种基本形状。
[0042]固件算法可以用于确定单个信道温度，并且可以在例如3X2查找表上使用线性或非线性(例如，对数内插)，该查找表在X轴上具有三个端子位置，并且在Y轴上具有三组对应的温度。内插的输入可以是信道的数学定位。例如，对于具有六个信道的设备，在从编号I至12的接线块行按照连续的顺序，信道I是端子I和2，信道2是端子3和4，以此类推。对于位于端子1、6和12的示例性位置的传感器(例如，热敏电阻器)，为了确定信道2的冷端温度，内插程序的输入将会是例如“3.5”，表示端子3和4的平均温度或者说是组合温度。
[0043]在一个实施例中，作为源34的实际物理温度的补偿温度(Tranip)被确定为以下各项乘以比例因子(k)的函数:探针30在源34处的表观测量温度(Tmeas)、三个温度传感器41、43和25的每一个的温度(分别为CJC1、CJC2、CJC3)、至少一个热电偶信道的信道数(ch)、热电偶信道的最大数(maxch)以及进行校准的温度传感器的温度(Tcal)。进行校准的温度传感器的温度Tm1是在仪器组件48的制造商在制造并测试仪器的过程的最后一步进行校准过程时传感器的温度。在一个实施例中，补偿温度按照以下方式计算:Tramp=T_s-(CJCl+(CJC2-CJC1) * (1-(ch/maxch)) +k* (CJC3-Tcal))。
[0044]图6是用于确定热电偶的冷端温度和测量温度的方法150的方框图。对于具有几个端子的接线块或接线板，使用一个或多个温度传感器，例如，热敏电阻器，来测量优选为电连接器10的两个或更多个部分的温度，并且优选为电连接器10的两个或更多个端子处的温度(方框152)。根据两个或更多个端子处的测量温度，通过内插并且/或者外推来确定剩余端子的温度值(方框154)。内插和/或外推可以采用多种形式，例如，对数形式、线性形式等。所有的温度值，不论是测得的温度值还是通过内插算得的温度值，可以放入查找表中，如附图标记156所示。可以检索查找表中的这些温度值并取其平均值来给出给定信道的冷端温度(方框158)。然后使用冷端温度来计算各个源处的每个热电偶的测量温度(方框160)。换句话讲，基于经由冷端温度测量得到的用于塞贝克电压的计算值，就可以计算每个热电偶的测量温度(方框160)。
[0045]本文中使用的术语“大约”、“约”、“实质上”及其类似术语旨在具有宽泛的含义，与本发明的主题所属领域的普通技术人员常用且公认的用法相一致，并且在一个非限制性实施例中，这些术语被限定在10%的范围内，在另一个实施例中，这些术语被限定在5%的范围内，在另一个实施例中，这些术语被限定在1%的范围内，并且在另一个实施例中，这些术语被限定在0.5%的范围内。查阅本发明的本领域的技术人员应当理解的是，这些术语旨在允许对所描述并受权利要求书保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限制于所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应当被理解为表示以下含义:对所描述并受权利要求书保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在由所附权利要求书所阐述的本发明的范围内。
[0046]本文中使用的术语“耦接”、“连接”的意思是将两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是固定的(例如，永久的)或活动的(例如，可拆除的或可剥离的)。这种连接可以实现为两个构件或两个构件与任何额外的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者两个构件或两个构件与任何额外的中间构件彼此附接。本文中引用的元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅仅用于描述附图中多个元件的取向。应该指出的是，根据其他的示例性实施例，多个元件的取向可以不同，并且本发明旨在包括这种变化。
[0047]说明书摘要被提供用于允许读者快速地确定技术公开的性质。据提交的理解是，说明书摘要不会用于理解或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述【具体实施方式】中，可以看出的是，为了使公开合理化的目的，多个实施例中集合了多个特征。公开的方法不应当被理解为反映这样的意图:受权利要求书保护的实施例需要比每个权利要求中专门阐述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求书所体现的，具有创造性的主题在少于单个公开的实施例的所有特征中。因此，以下权利要求书以此方式并入【具体实施方式】中，使每个权利要求就其本身而言作为单独要求保护的主题。虽然已经描述了本发明的多个实施例，但是对于本领域的技术人员应当显而易见的是，在本发明的范围内可以具有其他实施例和实施方式。因此，本发明并不是限制性的，只受到所附权利要求书及其等同形式的限制。
【权利要求】
1.一种使用热电偶的方法，其包括: 在被适配成接收热电偶信号的电连接器的两个或更多个单独部分中的每个部分上设置至少一个温度传感器； 测量所述两个或更多个部分的温度； 基于设有温度传感器的所述两个或更多个单独部分的测得的温度值来计算在所述电连接器的每个端子处的温度；并且 基于所述端子的测得的温度值或算得的温度值或它们的组合来计算输送所述热电偶信号的至少一个热电偶信道的端子的冷端温度。
2.如权利要求1所述的方法，包括:基于所述至少一个热电偶信道的所述冷端温度来确定热电偶测得的源的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中计算每个端子的温度包括内插法或外推法或它们的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述温度传感器包括热敏电阻器或半导体温度传感器。
5.如权利要求1所述的方法，其中计算剩余端子的温度包括非线性计算。
6.如权利要求1所 述的方法，其包括:将每个端子的测得的温度值和算得的温度值放入查找表中。
7.如权利要求6所述的方法，其中计算所述至少一个热电偶信道的所述冷端温度包括:从所述查找表检索温度值。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述电连接器的第一部分包括多个热电偶连接器，所述多个热电偶连接器中的每一个被适配成接收离散的热电偶信号，其中所述设置温度传感器包括沿着所述电连接器的所述第一部分设置两个温度传感器，所述两个温度传感器中的每一个设置在不同的热电偶连接器的附近，其中所述设置温度传感器还包括在所述电连接器的第二部分上设置第三温度传感器，并且其中所述电连接器的所述第一部分是单独的并且与所述电连接器的所述第二部分分隔开。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述电连接器的所述第一部分安装在壳体内的电路板上，其中所述第一部分的一部分延伸到所述壳体的外部，并且所述电连接器的所述第二部分被适配成与延伸到所述壳体的外部的所述第一部分的所述一部分连接。
10.如权利要求9所述的方法，其中沿着所述电连接器的所述第一部分设置的所述两个温度传感器安装在所述电路板上在所述电连接器的所述第一部分的旁边。
11.如权利要求10所述的方法，其中沿着所述电连接器的所述第一部分设置的所述两个温度传感器允许沿着所述电路板的平面内插冷端温度，并且所述第三温度传感器允许在由所述壳体所形成的整个平面边界上内插所述冷端温度。
12.如权利要求10所述的方法，其进一步包括确定补偿温度(Τ_ρ)为以下各项乘以比例因子(k)的函数:测得的温度(Tnreas)、三个温度传感器中的每一个的温度(分别为CJC1、CJC2、CJC3)、至少一个热电偶信道的信道数(ch)、热电偶信道的最大数(maxch)以及进行校准的温度传感器的温度(TcJ。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述补偿温度按照以下方式计算:Tramp=T_s-(CJC1+ (CJC2-CJC1) * (1-(ch/maxch)) +k* (CJC3-Tcal))。
14.一种测量源的参考性能的方法，其包括: 在被适配成接收来自所述源的测量信号的电连接器的两个或更多个单独部分中的每个部分上设置至少一个测量设备； 测量所述两个或更多个部分的参考性能； 基于具有所设置的测量设备的所述两个或更多个单独部分的测得的参考性能值来计算所述电连接器的每个端子的参考性能；并且 基于所述端子的测得的参考性能值或算得的参考性能值或它们的组合来计算输送所述测量信号的至少一个信道的端子的整体参考性能。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述参考性能是温度、压力或流量。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述测量设备是电阻温度检测器、差压装置或热电偶。
17.一种用于测量源的温度的设备，其包括: 将被定位在所述源处并且经由第一线和第二线与参考结连接的热电偶测量结； 在所述参考结的电连接器，其中所述电连接器包括第一部分和第二部分，并且其中所述第一部分与所述参考结连接，并且所述第二部分与所述第一部分可拆除地连接； 至少一个温度传感器， 其设置在被适配成接收热电偶信号的所述电连接器的两个部分中的每个部分上，其中两个或更多个部分的温度能够通过使用所述温度传感器进行测量，其中所述电连接器的每个端子的温度能够基于所述两个温度传感器的测得的温度值进行计算，并且其中输送所述热电偶信号的至少一个热电偶信道的端子的冷端温度能够基于所述端子的测得的温度值或算得的温度值或它们的组合进行计算。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述热电偶测量的所述源的温度能够基于所述冷端温度来计算。
19.如权利要求17所述的设备，其中每个端子的温度能够使用内插法或外推法或它们的组合来计算。
20.如权利要求17所述的设备，其中所述温度传感器包括热敏电阻器。
【文档编号】G01K7/02GK104048776SQ201410088246
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】佛瑞德·埃格利, 约翰·迪斯汀蒂, 彼得·诺顿, 安德鲁·王 申请人:朗姆研究公司